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1、材料物理性能 试题 2014.5.一、阐述下列概念 (每题6分，共30分)（1）电介质的极化在外电场作用下，电介质的表面上出现束缚电荷的现象叫做电介质极化。（2）声子声子就是“晶格振动的简正模能量量子。”英文是phonon（3）软磁材料和硬磁材料硬磁材料是指磁化后不易退磁而能长期保留磁性的一种铁氧体材料，也称为永磁材料或恒磁材料。软磁材料是具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料。（4）晶体的特征（1）晶体拥有整齐规则的几何外形，即晶体的自范性。（2）晶体拥有固定的熔点，在熔化过程中，温度始终保持不变。（3）晶体有各向异性的特点。（4）晶体可以使X光发生有规律的衍射。宏观上能否产生X光衍射现象，是实验
2、上判定某物质是不是晶体的主要方法。1（5）晶体相对应的晶面角相等，称为晶面角守恒。2（5）画出体心立方晶体结构，原胞，并写出基矢 体心立方结构（右）原胞（右）晶胞基矢 , 并且 ，其惯用原胞基矢由从一顶点指向另外三个体心点的矢量构成，其体积为 ；配位数=8；。二、解答题 (共70分)1. 影响无机非金属材料（晶体）导热率的因素有哪些？(10分) 晶体中热量传递速度很迟缓，因为晶格热振动并非线性的，格波间有着一定的耦合作用，声子间会产生碰撞，使声子的平均自由程减小。格波间相互作用愈强，也即声子间碰撞几率愈大，相应的平均自由程愈小，热导率也就愈低。因此，声子间碰撞引起的散射是晶体中热阻的主要来源。
3、 晶体中的各种缺陷、杂质以及晶界都会引起格波的散射，等效于声子平均自由程的减小，从而降低。 平均自由程还与声子的振动频率有关。振动不同，波长不同。波长长的格波易绕过缺陷，使自由程加大，散射小，因此热导率大。 平均自由程l还与温度T有关。温度升高，振动能量加大，振动频率加快，声子间的碰撞增多，故平均自由l减小。但其减小有一定的限度，在高温下，最小的平均自由程等于几个晶格间距；反之，在低温时，最长的平均自由程长达晶粒的尺度。2. 简述材料的按照磁性强弱的磁性分类，各有什么特征。(14分)3. 用能带理论阐述材料导电性能的差别。(12分)*元素周期表中A族碱金属Li、Na、K、Rb、Cs，B族的cu
4、、Ag、Au，形成晶体时最外层的s电子成为传导电子，其价带只能填充至半满。因此，它们都是良导体。电阻率只有l0-610-2cm。*二价元素，如周期表中A族碱土族Be、Mg、Ca、Sr、Ba，B族为Zn、Cd、Hg，每个原子给出二个价电子，则得到填满的能带结构，应该是绝缘体。对一维情况确是这样，但在三维晶体情况下，由于能带之间发生重叠，这样，在费密能级以上不存在禁带，因此二价元素也是金属，也具有较好的导电性。*三价元素A1、Ga、In、Tl每个单胞含有一个原子，每个原子给出3个价电子，因此，可填满一个带和一个半满的带，故也是金属。As、Sb、Bi每个原子外围有5个电子，其原胞具有2个原子，这种晶
5、体结构使5个带填10个电子已几乎全满，导带中电子突出地少，因此，称为半金属，传导电子浓度只有1024m3，比通常金属少4个数量级。*四价元素具有特殊性。导带是空的，价带完全填满，中间有能隙Eg，但是能隙Eg较小，Ge和Si分别为0.67 eV和1.14eV。室温下，价带电子受热激发进入导带，成为传导电子，且随着温度增加，导电性增加。因此，它们在低温下是绝缘体，室温下成为半导体。4. 英国物理学家Paul Dirac早在1931年利用数学公式预言了磁单极粒子的存在。当时他认为既然带有基本电荷的电子在宇宙中存在，那么理应带有基本“磁荷”的粒子存在。从而启发了许多物理学家开始了他们寻找磁单极粒子的工
6、作。但近100年来，仍未得到可靠证据证明磁单极子的存在，有人构造磁单极子，如下图所示，即构造一个球壳，由磁块拼成，让磁场都向内或向外，试分析这种构造的可行性，如果可行，是否可看做一个磁单极子，并讨论其特征。(17分)磁单极子构造及其剖面图可行。可以，磁单极子的性质由其表面极磁性、磁量和磁偶极成分决定。 *表面极磁性分南极和北极两种类型，我们把表面极磁性显南极的磁单极子叫南单磁体，天体就是南单磁体，而把表面极磁性显北极的磁单极子叫北单磁体，各种微观粒子就是北单磁体。 *磁量就是该磁体所含有的磁分子数的磁量总和，它表明磁分子所拥有的磁分子数量的多少，因而与磁单极子的半径具有确定的比例关系。 *磁单
7、极子的磁偶极成分由其球心和磁心的距离b与其半径r比值决定，其值越大则磁单极子的磁偶极成分就越多，如其比值为1则磁单极子就变成了纯粹的偶极磁体，其值越小则磁单极子的磁单极成分就越多，如其比值为零，则磁单极子就是一个纯粹的磁单极子。我们把磁单极子的磁心和球心的连线交磁单极子球面的线段叫磁极，把过球心垂直于磁极的平面交磁体的圆线叫磁道，磁道分磁体为两个半球，其中磁心所在的半球为磁弱极半球，另一半球为磁强极半球，此时我们可以把磁单极子分为两部分：其中以磁心为球心，以b-r为半径的球体为一个纯粹的磁单极子，这部分磁体为该磁单极子提供单极磁场能量，而除此之外的另一部分就是为磁单极子提供偶极磁场能量。磁单极
8、子的磁场在其近距离空间显单极磁场特点，而在除此之外的远距离空间则显偶极磁场特征，磁单极子的b/r值越大，则其磁偶极成分就越多，磁单极子的磁偶极磁场的能量就越大，该磁体的单极磁场的分布范围就越小。 5.我们日常生活中，电的存储与传输是很方便的，可以输送到很远的地方，有没有一种办法让磁的传输也可方便的实现？并讨论原因。（注意：不准说让磁能转变成电能，传输，再转换成磁能。因为既然用电很方便，我可直接使用电能产生磁能）。(17分)声波是通过介质传播的，而电磁波是通过“场”传播的，这里的场可以是电场、磁场。顺便给你讲一下电磁波的实质电场或磁场的变化都会引起电磁波，我们知道电路状态发生改变时会引发磁场的变化，变化磁场中的导体会带电，这时的电场也是变化的，会再次产生变化的磁场，换句话说，电磁波的能量是以电与磁的形式交替传播的，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。由麦克斯韦电磁理论可知，变化的电场和变化的磁场是相互联系着的一个不可分割的统一体，即电磁场，而变化的电场和变化的磁场总是交替产生的，并且由产生的区域向周围空间传播，这就是电磁波。电磁波在空间中传播不需要介质，它是一种横波，传递着电磁场的能量。
